Leaderless Blockchain Consensus

C++ реализация алгоритма блокчейн консенсуса без лидера Democratic Byzantine fault tolerance (DBFT). Было проведено экспериментальное сравнение их работы при различной доле злоумышленников с несколькими видами поведений:

• FailStop
• 2 модели Византийского поведения, описанные здесь

Содержание

• Запуск
• Модель симулятора
  • Модель сети
• Модель поведения Византийских участников

Запуск

Пререквизиты

• C++ 20
• Cmake 3.2
• Boost 1.74
• nlohmann_json 3.2.0
• GTest 1.13.0
• glog 0.6.0

Запуск тестов:

mkdir build
cd build
cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE ..
make
ctest

Запуск экспериментов (из директории build):

./tests/run_simulation.cpp

Модель симулятора

Есть $N$ заранее известных участников сети, $f$ из которых могут иметь византийское поведение, причем $N >= 3f + 1$. Симуляция исполняется на одном компьютере, каждый участник однопоточный, и исполняется в своём потоке. Схема участника сети:

Участники общаются с помощью сообщений через каналы. Подробно о различных видах каналов сети в симуляторе сказано здесь. Во время проведения экспериментов использовалась сеть TimerNetwork.

Модель сети

Все участники сети заранее известны, они общаются с помощью сообщений через каналы. У каждого участника есть свой канал и ссылки на каналы всех других участников. Модель сети частично-синхронная, то есть у сообщений могут быть произвольные (но не бесконечные) неизвестные задержки.

В симуляторе есть несколько вариантов сети:

• ManualNetwork: Каналы между участниками здесь - потокобезопасные очереди сообщений. Сеть представляет собой отдельный поток со своей очередью сообщений, у участников также есть свои собственные очереди, из которых они берут пришедшие сообщения. При отправке сообщения участник добавляет его в очередь сети. Эту сеть можно исполнять пошагово, или можно перемешивать очередь. Использовалась для тестирования алгоритмов.

• Network: Каналы такие же, как и в предыдущем варианте сети. Отличие в отсутствии дополнительной очереди у сети, и отдельного потока для неё. Теперь при отправке участники добавляют своё сообщение напрямую в канал получателя. Сеть также использовалась для тестирования алгоритмов.

• TimerNetwork: Каналы между участниками здесь - планировщики из библиотеки Boost.Asio. Когда сообщение отправляется, в планировщик (который принадлежит получателю) добавляется таймер с случайной задержкой (из равномерного распределения) для этого конкретного сообщения. По истечению таймера выполняется функция, обрабатывающая это сообщение. Такая сеть использовалась непосредственно для экспериментов.

Модель поведения Византийских участников

Были предложены 2 модели Византийского поведения. Цель этих поведений увеличить latency, за счёт увеличения числа раундов, необходимых для сходимости бинарного консенсуса.

• Rejector: cразу отправляет во все бинарные консенсусы все сообщения с значением 0 на всех этапах в достаточное число раундов, не дожидаясь чужих сообщений. Византийские координаторы также отсылают всем нули.
• BinConCrasher: сразу отправляет во все бинарные консенсусы все сообщения с обоими значениями (и 0, и 1) на всех этапах в достаточное число раундов, не дожидаясь чужих сообщений. Византийские координаторы отсылают каж- дому участнику случайное значение. (TODO: подробное описание поведений)